앞의 포스팅에서는 과학과 이성에 대한 종교적인 나의 태도가 어떻게 변화했는지 이야기했다. 기존에는 객관적인 현상을 합리적인 이성으로 분석하고 수학적으로 제시한 것만 과학으로 인정하고 그 외의 것은 과학이 아닌 것으로 구분했다. 과학은 과학대로 과학이 아닌 것은 과학이 아닌 것 그대로 읽고 공부하고 향유할 수 있지만 내 기준에 과학적이지 않은 확률이나 통계, 실험식 같은 것들을 과학이랍시고 제시될 때면 무척이나 거부감이 생겨 공부를 포기할 지경에 이르렀다. 하지만 과학사와 과학철학 등의 도움으로 선입견을 깨고, 과학이 단순한 진리가 아니라 인간이 진리를 찾기 위해 최선을 다한 몸부림이라는 시각으로 볼 수 있게 되면서 그러한 거부감을 극복하게 되었다. 그 덕분에 1년 정도 후에 다시 전공 공부를 시작할 수 있게 되었는데 특히, 화학 공부를 가능하게 해주었다.
화학은 정말 공부하기 싫어하는 과목이었다. 수학이나 물리학 교과서에서 볼 수 있는 정합성과 아름다움을 화학에서 찾기 어려웠기 때문이다. 우선 명칭부터 그렇다. 화학 교과서를 보면 화학에서 화합물에 체계적인 명칭을 부여하는 방법을 가르쳐주지만 정작 교과서에서는 그 이름을 잘 쓰지 않는다. 관습적으로 사용하던 이름들이 너무 많아서 그 이름이 혼용되어 헷갈리기 일쑤였다. 또, 법칙이나 이론 등이 제시되지만 너무 제한적으로만 사용된다. 가령, 결합을 구성하는 Octet rule이니 결합법칙이니 각종 법칙을 제시하지만 실은 잘 맞는 몇몇 화합물이 있을 뿐이고 예외는 너무 많다. 그런데 왜 예외인지는 아리송하다. 그러다 보니 공부를 하다가 이론이 이해가 된다 싶으면, 그 이론이 잘 적용되지 않는 상황을 마주치게 되고 혼란에 빠지는 과정이 반복된다. 결국, 이해를 포기하고 성적을 내기 위하여 닥치는 대로 암기할 수밖에 없었다.
하지만 과학을 진리의 교시라고 생각하지 않고, 시행착오를 겪으면서 하나하나 구축해나가는 인간의 몸부림이라고 본다면 상황은 조금 달라진다. 수학 교과서를 보면 마치 진리의 계시처럼 정리와 증명이 나오고 예제들이 나온다. 이런 정리나 증명이 왜 필요한지는 이야기가 없다. 학생은 그냥 공부해야만 한다. 물리학은 그보다 조금 나아서 현실에서 볼 수 있는 현상을 제시하면서 그 원리를 설명해준다. 하지만 앞에 원리와 현실에서의 적용 정도를 제외하면 그 뒤는 그저 수학이다. 하지만 화학은 물리학이나 수학과 그 결이 상당히 다르다. 온갖 시행착오의 흔적이 화석처럼 곳곳에 남아있기 때문이다. 진리의 계시라고 생각하기에는 너무나 예외가 많은 이론들이 끊임없는 실패의 역사를 보여주고 있다. 그러면서도 조금 더 나은 이론이 등장하지만 과거의 이론을 완전히 폐기하지는 않는다. 어느 정도의 설명력을 인정하고 있는 것이다.
그렇다면 왜 화학은 이런 방식인 것일까? 왜냐하면 기본적으로 복잡성을 다루고 있기 때문이다. 화학이 다루고 있는 복잡성은 2가지로 구분해서 볼 수 있다. 하나는 원소의 식별이고 다른 하나는 원소들 간의 상호작용이다.
물리학이나 수학과 달리, 화학은 원소를 식별해야 한다. 지금이야 원자론과 주기율표가 연구되고 양자역학으로 이러한 원소들을 체계적으로 식별해낼 수 있지만 화학의 여명기에는 얼마나 많은 원소가 있는지 몰랐고, 그 원소의 구조는 더 몰랐기에 원소를 식별하는 것이 거의 불가능했다. 원소를 단일한 에테르로 환원시키는 사람, 지수화풍의 4가지 원소로 귀결시키는 사람. 신이나 정령으로 해석하는 사람 등 다양한 해석이 있었고, 이 해석들을 검증할 방법이 없었기에 화학은 연금술과 같이 각종 신비가 버무려진 중구난방의 기술이 될 수밖에 없었다. 실제로 화학의 용어체계가 그렇게 난잡한 것은 원자론과 분자론이 나오기 이전부터 연금술, 의약 제조, 산업 같은 분야에서 기술적인 연구가 이루어졌기 때문이다. 각각의 분야는 재료의 출처, 관련 현상, 사용되는 목적, 형이상학적인 의미 등으로 이름을 만들어냈다. 같은 원소들이 여러 가지 다른 이름으로 불리기도 하고 다른 원소들이 같은 이름으로 불리기도 했다. 그리고 산업 현장의 기술은 당시의 기술을 그대로 이어받아 현대에도 쓰이는 경우가 있어서 해당 명칭을 폐기하기도 어렵다. 원소를 눈으로 볼 수 없기 때문에 오직, 현상을 통해서만 해당 원소의 존재를 유추해볼 수밖에 없다. 수소 같은 원소는 금속에 강산을 섞었을 때 나오는 폭발하는 기체로 발견되었지만 그것이 물을 만드는 원소와 어떻게 같은지 알기는 어려웠을 것이다. 사람들은 특별한 현상이 있을 때마다 그 현상을 일으키는 원소를 상상하여 유추하는 식으로 원소를 식별했기에 실험방법이 발전하고 원자론이 등장하여 증명될 때까지 원소의 식별은 굉장히 많은 혼란과 함께 했다. 덕분에 화학은 연금술이나 특정 화합물을 만드는 기술의 단계에서 벗어나기 어려웠다.
그 다음 복잡성은 상호작용의 복잡성이다. 원소는 분자 상태로 존재하지 순수하게 원자 상태로 존재하는 경우는 거의 없다. 순수하게 탄소를 모아서 순수하게 수소원자와 결합시킬 수 없다. 따라서 화학 작용을 일으키기 위해서는 탄소가 포함된 화합물과 수소가 포함된 화합물을 반응시켜야 한다. 가장 간단한 화합물을 합성할 때에도 불순물을 완전히 제거하기 어렵고 다양한 부산물을 같이 봐야만 한다. 거기에 용매가 되는 물질까지 고려하면 변수가 너무 많다. 그래서 약한 상호작용은 무시하고 주된 상호작용 위주로 판단할 수밖에 없다. 다양한 변수가 작용하지 않도록 실험을 하고 그 실험을 기반으로 하여 다른 화학작용을 분석한다. 이런 과정이 반복되면서 점점 화학의 이론체계가 정비되고 오늘날의 마법같은 화학으로 거듭나게 되었다.
화학적 개체인 원소를 식별하고 그 원소들 간의 상호작용을 규명하려는 화학의 역사를 따라가면서 나는 화학 그 자체보다는 화학 탐구의 과정에 더 집중하게 되었다. 그리고 어떤 형식이 지속적으로 반복되는 것을 깨닫게 되었다. 원소의 식별에서는 같은 것과 다른 것의 2가지 항목으로 식별이 이루어진다. 다양한 화합물이 색깔, 밀도, 질량, 상(phase), 반응 등의 다양한 요소로 분류되면서 공통점과 차이점을 찾아서 원소의 분류가 이루어지기 시작한다. 이렇게 분류된 원소들은 서로 별개의 요소로 상호작용을 해야 하는 관계가 된다. 상호작용은 원소와 해당 시스템, 원소와 다른 원소의 상호작용으로 각각의 경우도 항상 2항 관계를 기본으로 해석한다. 그리고 이러한 2항 관계가 정밀하게 파악되면 그 관계를 기반으로 하여 다른 원소와의 2항 관계를 해석하게 된다. 물론, 매우 복잡한 다수의 원소들 간의 상호작용을 분석한 경우도 많다. 하지만 이런 경우는 기본적으로 2개체 간의 상호 작용을 면밀히 파악하고 있고, 이러한 상호작용이 다른 원소들과 복합적으로 상호작용하지 않는다는 전제하에서만 가능하다. 그리고 서로 다른 2개체가 할 수 있는 상호작용은 서로 당기느냐 서로 밀쳐내느냐는 2가지로 나뉜다. 아마도 서로 아무런 작용도 하지 않는다라는 선택지가 있다고 주장하고 싶은 사람이 있겠지만 그것은 서로 밀쳐내고 당기는 것 두 상호작용이 서로 팽팽한 경우라고 생각하면 된다.
2항 관계로 들여다보기 시작하니 화학만 2항 관계로 해석을 하고 있지 않았다. 물리도 2항 관계였다. 서로 다른 물질 2개의 상호 작용이 물리다. 수학도 함수에는 등호(=)나 부등호(>, >=, <, <=)가 항상 1개다. 변수가 몇 개이든 항상 두 가지 값을 비교하는 2항 관계인 것이다. 화학에서 화합물의 상호작용을 분석하는 틀은 개별 분자들 간의 상호작용을 분석하든지 분자와 전체 공정의 상호작용을 분석하든지 역시 기본적으로 2항 관계로 분석한다. 사람이 어떤 집단과의 관계를 판단하는 것도 사람과 개별 사람 간의 관계를 분석하고, 사람과 집단으로 뭉뚱그려진 사람과 관계를 분석한다. 역시 2항 관계다.
그렇다면 왜 3가지 개체간의 복합적인 상호작용을 동시에 분석하지 않는 것일까? 물리학에는 3체 문제라는 꽤나 오래된 난제가 있다. 서로 만유인력으로 상호작용하는 3개의 물체들이 매순간 상호간에 중력이 어떻게 작용하고 위치가 어떻게 되며, 앞으로 어떻게 움직일 것인지를 예측하는 문제인데, 일반적인 해법을 구할 수 없다고 알려져 있다. 2개의 물체일 경우에는 만유입력 법칙으로 간단하게 일반적인 해법을 유도할 수 있다. 하지만 3개가 되면 그것이 불가능해지는 것이다. 나는 이부분에서 수학이 2항의 형식이 아닌 3항의 형식이였으면 가능하지 않을까 생각해보았지만 마치 4차원을 사람이 상상할 수 없듯이 3항간의 관계를 다루는 수학이라는 것을 상상하기 어려웠다. 만일, 인간이 3항간의 관계를 다루는 수학을 가지고 있었다면 과학의 양상은 지금과는 차원이 달랐을지도 모르겠다.
여기서 한 가지 의심이 일어나기 시작했다. 나는 여태껏 과학자들이 발견한 것이 진리라고 생각했다. 그런데 대부분 2항 관계로 지식이 전개된다. 너무 광범위하게 2항 관계가 보인다. 인간사도 대부분 2항 관계로 일어난다. 사람들의 만남과 헤어짐, 어떤 집단과 친한지 적대적인지, 남자와 여자, 어른과 아이, 하늘과 땅, 삶과 죽음 등 끊임없이 2항 관계가 전개된다. 이것은 이 우주가 2항 관계로 만들어졌다는 뜻일까? 아마도 음양론을 좋아하는 사람들이라면 그렇게 말할 것이다. 하지만 그 2항 관계에 의한 해석은 끝없이 해석만 있고 오류투성이에 가끔은 완전히 잘못된 해석으로 느껴지기도 한다. 그럼에도 우리는 모든 것을 2항 관계로 환원시킨다. 하늘과 땅 사이에는 산도 있고 구름도 있고 새도 있지만 하늘과 땅이다. 남자와 여자 사이에는 다양한 성소수자와 무성, 양성이 있지만 여전히 남녀다. 마치 2항 관계로 해석해야 한다는 강박이 있는 것 같다. 2항 관계를 넘어서 보려고 해보지만 3체 문제는 일반 해를 구할 수 없고, 3항간의 관계를 다루는 방법은 상상되지 않는다. 3항은 안되는 것이다.
나는 이쯤에서 생각을 반전해볼 수 있었다. 세상이 모두 노랗게 보인다면 세상이 노란 것이 아니라 내 눈에 노란 물이 들거나 노란 렌즈를 착용했다고 생각하는 것이 더 상식적일 것이다. 마찬가지로 사람의 지성이 닿아있는 과학과 학문 그리고 인간사까지 전부 2항 관계가 개입된다면 어쩌면 세상이 2항 구조로 만들어진 것이 아니라 사람이 2항 구조로 인식하고 판단하도록 되어 있다고 생각하는 것이 더 타당하지 않을까? 개인적으로는 이 생각이 이치에 맞는 것처럼 느껴졌다. 때마침 신경(neuron) 관련 내용을 접할 기회가 있었는데, 인체의 신경 시스템도 좌뇌와 우뇌, 중심과 말엽 등의 2항 구조로 설명하는 것을 보면서 과학자들이 인간 인식의 구조적 특성 때문에 신경시스템을 2항 구조로 나누어 판단하는 것이든 아니면 실제로 인간의 신경시스템이 명백한 2항 구조로 설계되었든 결국 2항 구조로 수렴된다고 생각했다.
아무도 증명하지 않았고 아무도 옳다고 말하지 않은 사람의 2항 구조를 혼자서 발견하고 개인적으로 확신하게 되면서 내 관심사는 과학보다는 사람과 인간에 대한 궁금증으로 반전될 수밖에 없었다. 과학이 진리의 계시가 아니라 인간이 가진 어떤 지식의 틀의 반영이라고 자각하면서 과학을 인간의 흔적인 인문(人文)으로 보기 시작했기 때문이다. 원래는 인간의 오류와 대비되는 과학적 지식을 숭상해왔지만 과학 속에서 인간을 발견하니 인간에 대해 통찰하는 것이 더 근원적인 통찰을 도달할 수 있는 길로 보이기 시작했다. 덕분에 내 관심사는 과학에서 문학, 역사, 철학 등 온갖 인문학으로 뻗쳐나가기 시작했다.
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